Síntesis y caracterización de óxidos mixtos apropiados para su uso como ánodos de celdas de combustible de óxido sólido

M.G. ZIMICZ

Revista SAM

Asociación Argentina de Materiales

Año: 2012

1668-4788

Los objetivos centrales de este trabajo fueron la síntesis y caracterización de óxidos mixtos de CeO2-ZrO2 y de compuestos metal cerámico (cermet) Ni/CeO2-ZrO2, y el estudio de la viabilidad de su uso como materiales de ánodo de celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) que operen a temperaturas entre 600°C y 800°C. Se propusieron como objetivos adicionales el estudio de las condiciones de síntesis y su influencia en las características morfológicas, redox y catalíticas de los materiales obtenidos, el estudio del desempeño electrocatalítico en distintas atmósferas, y la construcción de una pequeña celda botón de dos cámaras con el material anódico seleccionado. La obtención de una celda que pueda usar hidrocarburos, en particular metano, a temperaturas inferiores a los 800°C representa un desafío a lograr. Muchos investigadores enfocan sus esfuerzos de investigación en el desarrollo de materiales cerámicos apropiados que permitan construir celdas de baja temperatura, con estabilidad en la operación, que puedan trabajar en forma directa con metano, con buena resistencia a los compuestos con azufre, con baja formación de residuos carbonosos y con conductividades iónicas y/o electrónicas que permitan obtener una buena eficiencia de la celda. Los materiales sintetizados y utilizados como material de ánodo en esta tesis, no fueron utilizados hasta la realización de esta tesis como materiales de ánodo de SOFCs. Adicionalmente, las rutas de síntesis de óxidos mixtos de CeO2 - ZrO2 utilizadas en esta tesis fueron novedosas. Los materiales obtenidos presentaron excelentes características electrocatalíticas en condiciones reales de construcción de SOFCs, que los posicionan en un lugar muy promisorio como material de ánodo. Las SOFCs de dos cámaras, con el material NiO(60% m/m)/Ce0,9Zr0,1O2 como ánodo, electrolito de SDC y cátodo de Pt, fueron satisfactoriamente testeadas. Se ensayaron diversas atmósferas anódicas y catódicas, y se obtuvieron las curvas de potencia y de descarga, obteniéndose un buen desempeño. Se pueden resaltar las siguientes innovaciones introducidas en esta tesis: * Para el método de síntesis por gelificación-combustión se propusieron rutas de síntesis novedosas para estos óxidos como las rutas estequiométricas, con alanina y lisina. * Se sintetizaron por primera vez óxidos mixtos de CeO2 - ZrO2 por el método de liofilización, obteniéndose sólidos con tamaño de partícula nanométrico, estructura fluorita y composición homogénea. * Se sintetizaron por primera vez nanotubos de composición Ce0,5Zr0,5O2 obteniéndose sólidos de composición homogénea y tamaño de partícula nanométrico, pero con elevado grado de aglomeración. Además, es importante destacar que, en el marco de esta tesis, se construyeron SOFCs prototipos de dos cámaras. En nuestro país, las SOFCs se encuentran en un desarrollo preliminar y, las celdas construidas en esta tesis fueron, hasta lo que es conocido, las primeras desarrolladas con materiales de ánodo sintetizados, no comerciales.